Kohlenstoffstahl oder einfacher Kohlenstoffstahl, ist eine Metalllegierung. Es ist eine Kombination aus zwei Elementen, Eisen und Kohlenstoff. Andere Elemente sind in Mengen vorhanden, die zu gering sind, um seine Eigenschaften zu beeinflussen. Die einzigen anderen Elemente, die in unlegiertem Kohlenstoffstahl enthalten sein dürfen, sind: Mangan (max. 1,65 %), Silizium (max. 0,60 %) und Kupfer (max. 0,60 %). Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hat die gleichen Eigenschaften wie Eisen, ist weich, aber leicht verformbar. Mit mehr Kohlenstoff gewinnt das Metall an Härte und Festigkeit, wird aber weniger duktil und schwieriger zu schweißen. Ein höherer Kohlenstoffgehalt senkt den Schmelzpunkt des Stahls und seine Temperaturbeständigkeit im Allgemeinen.
AHSS
Arten von Kohlenstoffstahl
Typische Zusammensetzungen von Kohlenstoff sind:
- Weicher (kohlenstoffarmer) Stahl: ca. 0,05% bis 0,25% Kohlenstoffgehalt mit bis zu 0,4% Mangangehalt (z.B. AISI 1018 Stahl). Weniger stark, aber billig und leicht zu formen; die Oberflächenhärte kann durch Aufkohlen erhöht werden.
- Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt: ca. 0,14% bis 0,84% Kohlenstoffgehalt mit 0,60 bis 1,65% Mangangehalt (z.B. AISI 1040 Stahl). Gleicht Duktilität und Festigkeit aus und hat eine gute Verschleißfestigkeit; wird für große Teile, Schmiedeteile und Autoteile verwendet.
- Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt: etwa 0,59% bis 0,65% Kohlenstoffgehalt mit 0,30 bis 0,90% Mangangehalt. Sehr stark, wird für Federn und hochfeste Drähte verwendet.
- Stahl mit sehr hohem Kohlenstoffgehalt: ca. 0,96% bis 2,1% Kohlenstoffgehalt, speziell verarbeitet, um spezifische atomare und molekulare Mikrostrukturen zu erzeugen.
Stahl kann wärmebehandelt werden, wodurch Teile in einem leicht formbaren weichen Zustand hergestellt werden können. Wenn genügend Kohlenstoff vorhanden ist, kann die Legierung gehärtet werden, um Festigkeit, Verschleiß und Schlagfestigkeit zu erhöhen. Stähle werden oft durch Kaltbearbeitungsmethoden bearbeitet, d.h. durch Verformung des Metalls durch Verformung bei einer niedrigen Gleichgewichts- oder metastabilen Temperatur.
Metallurgie
Baustahl ist die gebräuchlichste Form von Stahl, da sein Preis relativ niedrig ist, während er Materialeigenschaften bietet, die für viele Anwendungen akzeptabel sind. Baustahl hat einen niedrigen Kohlenstoffgehalt (bis zu 0,3%) und ist daher weder extrem spröde noch duktil. Er wird bei Erwärmung verformbar und kann daher geschmiedet werden. Er wird auch häufig dort eingesetzt, wo große Mengen Stahl umgeformt werden müssen, zum Beispiel als Baustahl. Die Dichte dieses Metalls beträgt 7861,093 kg/m³ (0,284 lb/in³) und die Zugfestigkeit beträgt maximal 500 MPa (72500 psi).
Kohlenstoffstähle, die erfolgreich wärmebehandelt werden können, haben einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,30 bis 1,70 Gewichtsprozent. Spurenverunreinigungen verschiedener anderer Elemente können einen erheblichen Einfluss auf die Qualität des resultierenden Stahls haben. Spuren von Schwefel machen den Stahl "rot-kurz", was ein Fehler ist: der Stahl ist spröde und bröckelig. Niedrig legierter Kohlenstoffstahl, wie z.B. die Sorte A36, enthält etwa 0,05% Schwefel und schmilzt bei 1426-1538 °C (2600-2800 °F). Mangan wird oft hinzugefügt, um die Härtbarkeit von Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zu verbessern. Diese Zusätze machen das Material nach einigen Definitionen zu einem niedrig legierten Stahl, aber die AISI-Definition von Kohlenstoffstahl lässt bis zu 1,65 Gewichtsprozent Mangan zu.
Gehärteter Stahl bezieht sich gewöhnlich auf vergüteten oder vergüteten Stahl.
Silver Steel oder kohlenstoffreicher Blankstahl, erhält seinen Namen von seinem Aussehen, das auf den hohen Kohlenstoffgehalt zurückzuführen ist. Es ist ein Stahl mit sehr hohem Kohlenstoffgehalt oder kann als einer der besten kohlenstoffreichen Stähle angesehen werden. Er wird gemäß den Stahlspezifikationsnormen BS-1407 definiert. Es handelt sich um einen Werkzeugstahl mit 1% Kohlenstoffgehalt, der mit engen Toleranzen geschliffen werden kann. Normalerweise beträgt der Kohlenstoffgehalt mindestens 1,10 %, aber bis zu 1,20 %. Er enthält auch Spurenelemente von 0,35 % Mn (Bereich 0,30 %-0,40 %), 0,40 % Cr (Bereich 0,4 %-0,5 %), 0,30 % Si (Bereich 0,1 %-0,3 %) und manchmal auch Schwefel (max. 0,035 %) und Phosphor (max. 0,035 %). Silberstahl wird aufgrund seiner Fähigkeit, eine mikrofeine Schneide zu erzeugen und zu halten, manchmal für die Herstellung von Rasiermessern verwendet.
Wärmebehandlungen
Der Zweck der Wärmebehandlung von unlegiertem Kohlenstoffstahl besteht darin, die mechanischen Eigenschaften von Stahl zu verändern, in der Regel Duktilität, Härte, Streckgrenze und Schlagfestigkeit.
Fragen und Antworten
F: Was ist Kohlenstoffstahl?
A: Kohlenstoffstahl ist eine Metalllegierung, die aus zwei Elementen, Eisen und Kohlenstoff, besteht.
F: Gibt es andere Elemente, die in unlegiertem Kohlenstoffstahl enthalten sein können?
A: Ja, andere Elemente wie Mangan (max. 1,65 %), Silizium (max. 0,60 %) und Kupfer (max. 0,60 %) können in geringen Mengen enthalten sein.
F: Welche Eigenschaften hat kohlenstoffarmer Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt?
A: Unlegierter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hat die gleichen Eigenschaften wie Eisen - er ist weich und leicht verformbar.
F: Wie wirkt sich die Zugabe von mehr Kohlenstoff auf die Eigenschaften von Kohlenstoffstahl aus?
A: Durch die Zugabe von mehr Kohlenstoff gewinnt das Metall an Härte und Festigkeit, aber es wird weniger dehnbar und schwieriger zu schweißen.
F: Gibt es eine Höchstmenge an Mangan, die in unlegiertem Kohlenstoffstahl enthalten sein darf?
A: Ja, der Höchstgehalt an Mangan in unlegiertem Stahl beträgt 1,65 %.
F: Wirkt sich ein höherer Kohlenstoffgehalt auf den Schmelzpunkt von Stahl aus?
A: Ja, ein höherer Kohlenstoffgehalt senkt den Schmelzpunkt des Stahls.
F: Wirkt sich ein höherer Kohlenstoffgehalt auf die Temperaturbeständigkeit von Stahl im Allgemeinen aus?
A: Ja, ein höherer Kohlenstoffgehalt senkt auch die Temperaturbeständigkeit von Stahl im Allgemeinen.